-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft Elektromotoren und insbesondere Elektromotoren, die zum Betreiben von Fluidpumpen verwendet werden.
-
HINTERGRUND
-
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Daher sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
-
Fluidpumpen enthalten ein Pumpenelement, das mit einer Drehmomenterzeugungsvorrichtung, beispielsweise einem Elektromotor, gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird. Fluidpumpen liefern eine Fluidströmung an einen Hydraulikkreis, wobei diese Strömung aufgrund von Strömungswiderständen zu einem Druck im Hydraulikkreis führt. Im Betrieb erzeugt ein Elektromotor Wärme. Eine übermäßige Wärmeerzeugung in einem Elektromotor kann dessen Lebensdauer verringern.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein Elektromotor betreibt eine Fluidpumpe, die mit einem Hydraulikkreis fluidtechnisch verbunden ist. Das Betreiben des Elektromotors umfasst, dass ein Wärmeübertragungskoeffizient für den Elektromotor auf der Grundlage einer Temperatur von Hydraulikfluid im Hydraulikkreis bestimmt wird. Eine Temperatur des Elektromotors wird auf der Grundlage des Wärmeübertragungskoeffzienten bestimmt. Der Betrieb des Elektromotors wird auf der Grundlage der Temperatur des Elektromotors gesteuert.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es werden nun anhand von Beispielen eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 ein System zum Bereitstellen von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid für einen Hydraulikkreis gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
-
2 eine Fluidpumpe gemäß der Offenbarung veranschaulicht, die ein Pumpenelement und einen Elektromotor enthält;
-
3 ein Temperaturmodell zum Schätzen einer Temperatur bei einer Ausführungsform eines Elektromotors der Fluidpumpe gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
-
4 einen Prozess zum Schätzen von Temperaturen an einem oder mehreren Knoten eines Elektromotors in Echtzeit unter Verwendung eines Temperaturmodells gemäß der Offenbarung veranschaulicht; und
-
5-1 und 5-2 Prozesse zum Verwenden einer Temperatur des Hydraulikfluids, eines Leitungsdrucks im Hydraulikkreis und einer Pumpenmotordrehzahl veranschaulichen, um Auswirkungen auf Wärmeübertragungskoeffizienten, die bei einem Temperaturmodell verwendet werden, gemäß der Offenbarung zu bestimmen.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
-
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zur Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zur Einschränkung derselben gedacht ist, veranschaulicht 1 auf schematische Weise eine Ausführungsform eines Systems zum Bereitstellen eines druckbeaufschlagten Hydraulikfluids für einen Hydraulikkreis 20. Bei einer Ausführungsform ist das Hydraulikfluid ein Automatikgetriebefluid. Der Hydraulikkreis 20 enthält eine Fluidpumpe 10, die ein Pumpenelement 40 enthält, das über eine Kupplung 45 mit einem Elektromotor 50 gekoppelt ist. Ein Controller 60 überwacht Parameter und steuert den Betrieb des Elektromotors 50, was umfasst, dass er ein Betriebsbefehlssignal 15 zum Steuern der Fluidpumpe 10 erzeugt, um einen Betriebsparameter zu erreichen, beispielsweise einen bevorzugten oder gewünschten Hydraulikdruck im Hydraulikkreis 20. Der Elektromotor 50 arbeitet in Ansprechen auf das Befehlssignal 15, das ein beliebiges geeignetes Motorsteuerungssignal sein kann. Im Betrieb entnimmt die Fluidpumpe 10 Hydraulikfluid aus einem Sumpf 22 und erzeugt druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid, das zu einem oder zu mehreren Hydraulikelementen 30 des Hydraulikkreises 20 übertragen wird. Als ein Beispiel, das nicht einschränken soll, wird der Hydraulikkreis 20 in einem Fahrzeugantriebsstrangsystem eingesetzt, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid an die Hydraulikelemente 30 zu liefern, die einen Kupplungsaktivierungskreis 32, einen Getriebeschmierungskreis 34 und ein Kühlsystem 36 für einen Elektroantriebsmotor umfassen. Der Hydraulikkreis 20 kann ohne Einschränkung in anderen Systemen eingesetzt werden. Überwachte Parameter, die mit dem Betrieb des Hydraulikkreises 20 verbunden sind, umfassen vorzugsweise eine Hydraulikfluidtemperatur 12, einen Hydraulikdruck 14 im Hydraulikkreis 20 und eine Drehzahl 16 des Elektromotors 50. Die Drehzahl 16 des Elektromotors 50 kann unter Verwendung eines Gegen-EMK-Signals aus dem Befehlssignal 15 oder unter Verwendung eines anderen geeigneten Verfahrens zur Bestimmung der Drehzahl bestimmt werden.
-
Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplatten usw.), welche ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen enthalten. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und werden betrieben, um Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Arbeitsweise von Aktoren auszuführen. Während eines fortlaufenden Betriebs können Routinen in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden.
-
2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Fluidpumpe 10, die das Pumpenelement 40 und den Elektromotor 50 enthält. Das Pumpenelement 40 enthält ein Flügelrad 42, das an einer Welle 53 des Elektromotors 50 starr befestigt ist und sich mit dieser dreht. Das Flügelrad 42 ist in einem Pumpenkörper 44, der einen Einlass- oder Ansauganschluss 46 und einen Abflussanschluss 48 enthält, enthalten und dreht sich dahin. Der Einlassanschluss 46 ist mit dem Sumpf 22 fluidtechnisch gekoppelt und der Abflussanschluss 48 ist mit dem Hydraulikkreis 20 fluidtechnisch gekoppelt. Das Pumpenelement 40 ist vorzugsweise ein Druckpumpenelement, was bedeutet, dass die Volumenströmungsrate des Hydraulikfluids aus dem Abflussanschluss 48 heraus bei einer gegebenen Drehzahl unabhängig vom Druck am Abflussanschluss 48 konstant ist. Der Elektromotor 50 enthält einen mit der Welle 53 gekoppelten Rotor 52 und einen Stator 54 und er kann eine beliebige geeignete Elektromotorkonfiguration sein, beispielsweise ein dreiphasiger Wechselstrommotor, der ein Induktionsmotor, ein Permanentmagnetmotor oder eine andere Konfiguration ist. Die Kupplung 45 ist um die Welle 53 herum zwischen dem Pumpenelement 40 und dem Elektromotor 50 eingesetzt und wirkt wie eine gesteuerte Leckstrecke zwischen dem Pumpenkörper 44 und dem Elektromotor 50. Die Kupplung 45 kann in der Form einer Buchse, eines Rollenlagers oder einer anderen geeigneten Koppelvorrichtung vorliegen. Das Merkmal der gesteuerten Leckstrecke der Kupplung 45 ermöglicht die Ausbildung von Leckstrecken 55. Die Leckstrecken 55 ermöglichen, dass ein Teil des Hydraulikfluids, das durch das Pumpenelement 40 hindurchströmt, durch die Kupplung 45 in den Elektromotor 50 hineinströmt. Das Hydraulikfluid, das durch die Kupplung 45 hindurchströmt, trifft auf den Rotor 52 und andere Elemente des Elektromotors 50 auf, um eine Kühlung derselben zu bewirken. Das Hydraulikfluid strömt durch den Elektromotor 50 zu einem Ablauf 58, der distal zum Pumpenelement 40 ist. Der Ablauf 58 ist vorzugsweise mit dem Sumpf 22 fluidtechnisch verbunden.
-
Die Temperatur des Elektromotors 50 der Fluidpumpe 10 wird durch eine Wärmeübertragung an das Hydraulikfluid beeinflusst, das durch die Kupplung 45 hindurchläuft und auf den Elektromotor 50 einschließlich des Rotors 52 auftrifft. Das Ausmaß der Wärmeübertragung zwischen dem Elektromotor 50 und dem Hydraulikfluid steht in Beziehung zu der Strömungsrate des Hydraulikfluids, das durch die Kupplung 45 hindurchläuft und auf den Rotor 52 auftrifft. Die Strömungsrate des Hydraulikfluids, das durch die Kupplung 45 hindurchläuft, steht in Beziehung mit der Hydraulikfluidtemperatur 12, dem Hydraulikdruck 14 im Hydraulikkreis 20 und der Drehzahl 16 des Elektromotors 50. Beispielsweise nimmt die Strömungsrate des Hydraulikfluids, das durch die Kupplung 45 hindurchläuft, bei niedrigen Hydraulikfluidtemperaturen aufgrund erhöhter Viskosität ab.
-
Zum Ausführen der Steuerungen mit Bezug auf das Verwalten des Betriebs ist ein genaues Verständnis der Betriebstemperatur des Elektromotors wünschenswert, um ein Betreiben des Elektromotors über Entwurfstemperaturen hinaus zu verhindern, da ein derartiger Betrieb die Lebensdauer des Elektromotors negativ beeinflussen kann. Insgesamt wird ein Prozess beschrieben, um einen Elektromotor zu steuern, der mit einer Hydraulikpumpe wirksam gekoppelt ist und verwendet wird, um diese anzutreiben, und die ausgestaltet ist, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid an einen Hydraulikkreis zu liefern, beispielsweise für ein Hybridantriebsstranggetriebe zur Aktivierung hydraulischer Kupplungen, zur Getriebeschmierung und zur Kühlung von Drehmomentmotoren. Dieser Prozess umfasst, dass Betriebsparameter bestimmt werden, die vorzugsweise eine Drehzahl des Elektromotors, eine Fluidtemperatur und einen Druck von Hydraulikfluid, das von der Hydraulikpumpe ausgegeben wird, umfassen. Eine Leckströmungsrate von der Hydraulikpumpe an den Elektromotor wird auf der Grundlage der Temperatur und des Drucks des Hydraulikfluids aus der Hydraulikpumpe bestimmt und ein Wärmeübertragungskoeffizient wird auf der Grundlage der Leckströmungsrate, der Drehzahl des Elektromotors und der Temperatur des Hydraulikfluids von der Hydraulikpumpe bestimmt. Eine Temperatur des Elektromotors kann auf der Grundlage des Wärmeübertragungskoeffizienten bestimmt werden. In Ansprechen darauf kann der Betrieb der Hydraulikpumpe und des Systems, das den Hydraulikkreis verwendet, gesteuert werden.
-
3 zeigt auf schematische Weise ein Temperaturmodell 200 zum Schätzen der Temperatur des Elektromotors 50 der Fluidpumpe 10. Ein beispielhaftes Temperaturmodell des Motors 50 umfasst, dass Wärmeübertragungsstrecken zwischen den identifizierten Regionen des Motors 50 identifiziert werden. Die identifizierten Regionen des Motors 50 können jeweils einem Knoten zugeordnet sein und die identifizierten Wärmeübertragungsstrecken können jeweils einem Temperaturwiderstand zugeordnet sein, der durch einen Wärmeübertragungskoeffizienten gekennzeichnet ist. Außerdem kann eine Energiebilanzgleichung für jeden Knoten hergeleitet werden, die beispielsweise die Betriebsbedingungen des Motors 50, die physikalischen Eigenschaften der im Motor 50 verwendeten Komponenten, Regionen mit Temperaturverlust des Motors 50 und andere Faktoren berücksichtigt. Wie gezeigt, ist der Elektromotor 50 ein Permanentmagnetmotor. Das Temperaturmodell 200 wird als ein oder mehrere Algorithmen und Kalibrierungen genutzt, die in einem fahrzeugeigenen Controller ausgeführt werden. Wie gezeigt enthält das Temperaturmodell 200 acht Knoten, welche die Temperatur von verschiedenen Regionen des Motors 50 auf der Grundlage von speziellen Betriebsbedingungen und Grenzbedingungen repräsentieren. Es können mehr oder weniger Regionen der Pumpe 10, des Motors 50 und/oder Grenzbedingungen in Betracht gezogen werden.
-
Das Temperaturmodell 200 enthält eine Vielzahl von identifizierten Regionen des Motors 50, die eine Vielzahl von Knoten enthalten, die durch eine Vielzahl von Wärmeübertragungsstrecken verbunden sind. Jede Wärmeübertragungsstrecke weist einen zugehörigen Temperaturwiderstand auf, der unter Verwendung eines Wärmeübertragungskoeffzienten charakterisiert werden kann. Vorzugsweise wird eine Energiebilanzgleichung für jeden Knoten hergeleitet, welche die Betriebsbedingungen des Motors 50, die physikalischen Eigenschaften der im Motor 50 verwendeten Komponenten, Regionen mit Temperaturverlust des Motors 50 und andere Faktoren berücksichtigt. Das Temperaturmodell 200 kann in einem Controller als eine oder mehrere von einer Maschine ausführbare Energiebilanzgleichungen implementiert sein, etwa als eine oder mehrere Differentialgleichungen erster Ordnung. Die Wärmeübertragungsstrecken können konduktive, konvektive und/oder Strahlungs-Wärmeübertragungsstrecken enthalten.
-
Bei einer Ausführungsform des Temperaturmodells 200 repräsentieren spezielle Knoten Regionen des Stators 54 und andere Knoten repräsentieren Regionen des Rotors 52. An jedem Knoten wird eine Temperatur bestimmt. Beispielsweise kann ein erster Statorknoten 205 eine Temperatur an einer Region des Stators 54, die keinen Fluss produziert (z. B. ein Statoreisen), repräsentieren. Ein zweiter Statorknoten 210 kann eine Temperatur an einer Region des Stators 54 repräsentieren, die einen Fluss produziert (z. B. das Statoreisen). Ein dritter Statorknoten 215 kann eine Temperatur eines leitenden Drahts repräsentieren, der in den Wicklungen des Stators 54 verwendet wird, etwa der leitfähige Draht, der in Nuten angeordnet ist, die durch den Stator 54 definiert sind. Ein vierter Statorknoten 220 kann eine Temperatur an den Biegungen der Wicklung des leitfähigen Drahts repräsentieren, der in den Wicklungen des Stators 54 verwendet wird. Ein erster Rotorknoten 225 kann eine Temperatur der Permanentmagnete repräsentieren, die von dem Rotor 52 verwendet werden. Ein zweiter Rotorknoten 230 kann eine Temperatur einer Region des Rotors 52, die keinen Fluss produziert (z. B. ein Rotoreisen), repräsentieren. Zusätzliche Knoten repräsentieren andere interessierende Regionen des Motors 50 unabhängig vom Stator 54 und vom Rotor 52, welche die Temperatur des Hydraulikfluids enthalten, das im Motor 50 verwendet wird. Bei einer Ausführungsform kann ein erster Hydraulikfluidknoten 235 die Temperatur des Hydraulikfluids in einer Region des Motors 50 repräsentieren, und ein zweiter Hydraulikfluidknoten 240 kann die Temperatur des Hydraulikfluids in einer anderen Region des Motors 50 repräsentieren. Die Temperaturen des Hydraulikfluids können durch direkte Messung, Schätzung, Vorhersage oder andere geeignete Mechanismen und/oder Verfahren bestimmt werden.
-
Die konduktiven, konvektiven und/oder Strahlungs-Wärmeübertragungsstrecken sind als Temperaturwiderstände zwischen den Knoten dargestellt. Als Beispiel kann ein erster Temperaturwiderstand 245 eine konvektive externe Wärmeübertragung zwischen den Regionen darstellen, die durch den ersten Hydraulikfluidknoten 235 und den ersten Statorknoten 205 repräsentiert sind. Ein zweiter Temperaturwiderstand 250 kann eine Konduktion zwischen den Regionen darstellen, die durch den ersten Statorknoten 205 und den zweiten Statorknoten 210 repräsentiert sind, beispielsweise über ein Statorblechpaket. Ein dritter Temperaturwiderstand 255 kann die Konduktion zwischen den Regionen darstellen, die durch den zweiten Statorknoten 210 und den dritten Statorknoten 215 repräsentiert sind, beispielsweise über das Statorblechpaket, Wicklungen aus leitfähigem Draht und ein Isolierungssystem. Ein vierter Temperaturwiderstand 260 kann eine Wärmeübertragung durch beispielsweise einen Luftspalt zwischen den Regionen darstellen, die durch den zweiten Statorknoten 210 und den ersten Rotorknoten 225 repräsentiert sind. Ein fünfter Temperaturwiderstand 256 kann eine Konduktion durch Wicklungen aus leitfähigem Draht zwischen den Regionen darstellen, die durch den dritten Statorknoten 215 und den vierten Statorknoten 220 repräsentiert sind. Ein sechster Temperaturwiderstand 270 kann eine Konvektion zwischen den Regionen darstellen, die durch den vierten Statorknoten 220 und den zweiten Hydraulikfluidknoten 240 repräsentiert sind, beispielsweise vom Hydraulikfluid zu den Biegungen der Wicklung des Stators 54. Ein siebter Temperaturwiderstand 275 kann eine Konduktion durch den Rotorkern hindurch zwischen den Regionen darstellen, die durch den ersten Rotorknoten 225 und den zweiten Rotorknoten 230 repräsentiert sind. Ein achter Temperaturwiderstand 280 kann die Wärmeübertragungsstrecke zwischen dem zweiten Rotorknoten 230 und dem zweiten Hydraulikfluidknoten 240 darstellen, die durch Konvektion von dem Hydraulikfluid an die Nabe des Rotors 52 verursacht wird. Ein neunter Temperaturwiderstand 285 kann eine Konvektion zwischen den zweiten Hydraulikfluidknoten 240 und dem ersten Rotorknoten 225 (z. B. Rotorendringen) darstellen. Jeder der vorstehend erwähnten Temperaturwiderstände kann durch einen Wärmeübertragungskoeffzienten repräsentiert werden, wobei jeder der Temperaturwiderstände und der zugehörigen Wärmeübertragungskoeffizienten experimentell, analytisch oder unter Verwendung eines anderen geeigneten Verfahrens bestimmt wird. Ein oder mehrere der vorstehend erwähnten Temperaturwiderstände können durch eine Temperatur von Leck-Hydraulikfluid beeinflusst werden, wodurch sie Temperaturen an den verschiedenen Knoten beeinflussen. Das Bestimmen eines der Temperaturwiderstände und entsprechender Wärmeübertragungskoeffizienten eines repräsentativen Elektromotors, die durch eine Temperatur von Leck-Hydraulikfluid beeinflusst werden, ist hier beschrieben.
-
4 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses
400 zum Schätzen von Temperaturen an einem oder mehreren Knoten einer Ausführungsform des Elektromotors
50 in Echtzeit unter Verwendung einer Ausführungsform des Temperaturmodells
200, das mit Bezug auf
3 beschrieben ist. Dieser Prozess
400 zum Schätzen von Temperaturen an einem oder mehreren Knoten des Motors
50 berücksichtigt Betriebsbedingungen des Motors
50 und physikalische Eigenschaften der Komponenten des Motors
50, wie vorstehend mit Bezug auf
3 beschrieben wurde. Außerdem berücksichtigt dieser Prozess die Auswirkung von Veränderungen bei der Temperatur des Hydraulikfluids, welche die Temperatur von einem oder mehreren der Knoten des Motors
50 beeinflusst, aufgrund beliebiger Veränderungen bei einem oder mehreren der Wärmeübertragungskoeffizienten des Temperaturmodells
200. Tabelle 1 wird als Schlüssel für
4 bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die zugehörigen Funktionen wie folgt offengelegt werden. Tabelle 1
| BLOCK BLOCKINHALTE |
| 410 | Temperaturmodell erzeugen |
| 420 | Temperaturmodell auf algorithmischen Code reduzieren und in fahrzeugeigenem Controller speichern |
| 430 | Fluidpumpe, die den Elektromotor enthält, betreiben |
| 432 | Hydraulikkreisparameter bestimmen, die beispielsweise Hydraulikfluid-, Fluidpumpen- und Motorparameter umfassen |
| 434 | Auswirkung auf Wärmeübertragungskoeffizienten beruhend auf Hydraulikfluid-, Fluidpumpen- und Motorparametern bestimmen |
| 436 | Temperaturen im Elektromotor bestimmen, indem das Temperaturmodell ausgeführt wird, das die Wärmeübertragungskoeffizienten verwendet, die von den Hydraulikfluid-, Fluidpumpen- und Motorparametern beeinflusst werden |
| 440 | Betrieb der Fluidpumpe und des Elektromotors in Ansprechen auf die Temperaturen im Elektromotor steuern |
-
Es wird ein Temperaturmodell der Fluidpumpe 10, die den Elektromotor 50 enthält, erzeugt, was umfasst, dass eine oder mehrere Regionen von Motorelementen, beispielsweise der Rotor 52 und der Stator 54, identifiziert werden, die während des Betriebs Wärme erzeugen, Wärme übertragen oder Wärme abführen (410). Ein Beispiel für eine schematische Zeichnung, die beim Entwickeln eines Temperaturmodells einer Fluidpumpe verwendet wird, welche einen Elektromotor enthält, ist mit Bezug auf 3 gezeigt. Das Temperaturmodell kann als eine oder mehrere Energiebilanzgleichungen ausgedrückt werden, die in der Form von Differentialgleichungen erster Ordnung vorliegen können, welche einen oder mehrere Wärmeübertragungskoeffizienten enthalten. Das Temperaturmodell, das die Energiebilanzgleichungen enthält, welche die Temperatur an jedem Knoten und die Wärmeübertragungskoeffizienten definieren, wird auf einen von einer Maschine ausführbaren Code reduziert und in einer Speichervorrichtung zur Ausführung durch einen fahrzeugeigenen Controller gespeichert (420).
-
Während eines andauernden Systembetriebs wird die Fluidpumpe betrieben, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid in einen Hydraulikkreis zu liefern (430) und es werden Hydraulikkreisparameter bestimmt, die mit diesem Betrieb verbunden sind. Diese Parameter umfassen vorzugsweise eine Temperatur des Hydraulikfluids, einen Leitungsdruck im Hydraulikkreis und eine Pumpenmotordrehzahl (432). Die Parameter, welche die Temperatur des Hydraulikfluids, den Leitungsdruck im Hydraulikkreis und die Pumpenmotordrehzahl umfassen, werden verwendet, um eine Auswirkung auf die Wärmeübertragungskoeffizienten zu bestimmen (434). 5-1 und 5-2 veranschaulichen Prozesse zum Verwenden der Temperatur des Hydraulikfluids, des Leitungsdrucks im Hydraulikkreis und der Pumpenmotordrehzahl, um eine Auswirkung auf die Wärmeübertragungskoeffizienten zu bestimmen. Das Temperaturmodell wird ausgeführt, um eine Temperatur an einem einzigen der Knoten zu bestimmen, oder um Temperaturen an einer Vielzahl der Knoten in der Fluidpumpe zu bestimmen, indem es die Wärmeübertragungskoeffizienten, die durch die Hydraulikfluid-, Fluidpumpen- und Motorparameter beeinflusst werden, verwendet (436). Das Ausführen des Temperaturmodells umfasst, dass die Energiebilanzgleichungen ausgeführt werden, um die Energiebilanzgleichung für jeden Knoten zu lösen, wodurch die Temperatur an jedem der Knoten bestimmt wird. Dies kann umfassen, dass jede Energiebilanzgleichung bei zwei oder mehr Zeitschritten gelöst wird, um eine Temperaturveränderung an jedem Knoten über die Zeit zu bestimmen. Bei einer Ausführungsform können die Temperaturen an mehreren Knoten und Verwendung eines geeigneten Temperaturmodells der Elektronik kombiniert werden, um eine Verbundtemperatur für den Elektromotor zu bestimmen.
-
Der Betrieb der Fluidpumpe und des Elektromotors wird in Ansprechen auf die Temperaturen an den Knoten im Elektromotor gesteuert (440). Dies kann umfassen, dass der Betrieb der Fluidpumpe und des Elektromotors in Ansprechen auf befohlene Betriebsparameter für den Hydraulikdruck und die Hydraulikströmung im Hydraulikkreis beibehalten wird, wenn die Temperaturen an den Knoten im Elektromotor innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Temperaturbereichs liegen. Dies kann umfassen, dass der Betrieb des Elektromotors und der Fluidpumpe in Ansprechen auf befohlene Betriebsparameter für den Hydraulikdruck und die Hydraulikströmung im Hydraulikkreis gesteuert wird, wenn die Temperatur an einem vorbestimmten gewählten der Knoten im Elektromotor innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Temperaturbereichs liegt. Bei einer Ausführungsform können die Temperaturen an mehreren Knoten im Elektromotor verwendet und mit entsprechenden vorbestimmten zulässigen Temperaturbereichen für diese Knoten verglichen werden. Bei einer Ausführungsform kann die Temperatur an einem der Knoten im Elektromotor verwendet und mit einem vorbestimmten zulässigen Temperaturbereich für diesen Knoten verglichen werden. Bei einer Ausführungsform kann eine Verbundtemperatur für den Elektromotor mit einem vorbestimmten zulässigen Temperaturbereich für den Elektromotor verglichen werden.
-
Wenn eine Temperatur an einem oder mehreren der Knoten im Elektromotor außerhalb liegt, d. h. entweder größer oder kleiner als ein entsprechender vorbestimmter zulässiger Temperaturbereich ist, kann der Betrieb des Elektromotors herabgesetzt werden, was umfasst, dass der Verbrauch von elektrischer Leistung durch den Elektromotor begrenzt wird, indem eine maximale Entnahme von elektrischem Strom oder eine maximale elektrische Spannung begrenzt wird, was zu einem herabgesetzten Hydraulikdruck und/oder einer herabgesetzten Hydraulikströmung im Hydraulikkreis führt. Wenn der Hydraulikkreis einem herabgesetzten Hydraulikdruck und/oder einer herabgesetzten Hydraulikströmung unterzogen wird, wird auch das System in dem der Hydraulikkreis arbeitet, herabgesetzt. Dies kann zu einem herabgesetzten Betrieb aufgrund des herabgesetzten Hydraulikdrucks führen, etwa zu einer verringerten maximalen Kupplungsdrehmomentkapazität.
-
Wie angezeigt ist, wird der vorstehende Prozess wiederholt ausgeführt (445), wobei die Fluidpumpe betrieben wird, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid in einen Hydraulikkreis zu liefern (430). Folglich braucht der Betrieb des Elektromotors nur in solchen Zeiten herabgesetzt werden, bei denen die Temperatur an einem der Knoten im Elektromotor außerhalb liegt, d. h. entweder größer oder kleiner als der vorbestimmte zulässige Temperaturbereich ist. Wenn die Temperaturen an allen Knoten im Elektromotor aufgrund einer Veränderung bei Bedingungen in den entsprechenden vorbestimmten zulässigen Temperaturbereichen liegen, wird zugelassen, dass der Elektromotor über seinen vollständigen Arbeitsbereich hinweg betrieben wird.
-
5-1 und 5-2 veranschaulichen Prozesse zum Verwenden der Temperatur des Hydraulikfluids, des Leitungsdrucks im Hydraulikkreis und der Pumpenmotordrehzahl, um einen oder mehrere Wärmeübertragungskoeffizienten in einem beispielhaften System zu bestimmen.
-
5-1 zeigt einen ersten Prozess 500 zum Bestimmen eines oder mehrerer Wärmeübertragungskoeffizienten mit den Eingabeparametern der Hydraulikfluidtemperatur 512, des Hydraulikdrucks 514 und der Pumpendrehzahl 516. Es wird ein erstes Kalibrierungsmodul 510 verwendet, um auf der Grundlage der Fluidtemperatur 512 und des Hydraulikdrucks 514 im Hydraulikkreis eine Pumpenleckströmungsrate 522 zu bestimmen. Es wird ein zweites Kalibrierungsmodul 530 verwendet, um die Wärmeübertragungskoeffizienten 535 auf der Grundlage der Pumpenleckströmungsrate 522 und der Pumpendrehzahl 516 zu bestimmen. Die Wärmeübertragungskoeffzienten 535 können in einem Temperaturmodell verwendet werden, um eine Temperatur an einem oder mehreren der Knoten im Elektromotor zu bestimmen.
-
5-2 zeigt einen zweiten Prozess 500' zum Bestimmen eines oder mehrerer Wärmeübertragungskoeffzienten 535' mit den Eingabeparametern der Hydraulikfluidtemperatur 512, des Hydraulikdrucks 514 und der Pumpendrehzahl 516. Ein erstes Kalibrierungsmodul 520 enthält eine erste Kalibrierung 522, die verwendet wird, um eine Pumpenleckströmungsrate 532 auf der Grundlage des Hydraulikdrucks 514 im Hydraulikkreis zu bestimmen. Ein zweites Kalibrierungsmodul 540 enthält eine zweite Kalibrierung 542 und eine dritte Kalibrierung 544, die verwendet werden, um die Wärmeübertragungskoeffizienten 535' auf der Grundlage der Pumpenleckströmungsrate 532, der Fluidtemperatur 512 und der Pumpendrehzahl 516 zu bestimmen. Dies umfasst, dass die dritte Kalibrierung 544 verwendet wird, um einen Wärmeübertragungs-Rohkoeffizienten 545 auf der Grundlage der Pumpenleckströmungsrate 532 und der Pumpendrehzahl 516 zu bestimmen. Die endgültigen Wärmeübertragungskoeffizienten 535' werden bestimmt, indem der Wärmeübertragungs-Rohkoeffizient 545 durch einen Strömungsmultiplikator 543 justiert wird. Der Strömungsmultiplikator 543 wird auf der Grundlage der Fluidtemperatur 512 unter Verwendung der zweiten Kalibrierung 542 bestimmt.
-
Bei einer Ausführungsform liegt die erste Kalibrierung
522 in der Form einer eindimensionalen durchsuchbaren Kalibrierungstabelle vor, die in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, welche von einem Controller abgefragt werden kann, der den vorstehend erwähnten Prozess ausführt, wobei die Größen des Drucks
514 und der Strömung
532, die in der Kalibrierungstabelle enthalten sind, in einer Offline-Umgebung unter Verwendung eines repräsentativen Systems entwickelt wurden. Die erste Kalibrierung
522 kann in der Form einer durchsuchbaren Tabelle, eines Algorithmus oder einer anderen geeigneten von einer Maschine ausgeführten Implementierung einer Kalibrierung vorliegen. Tabelle 2 zeigt eine Ausführungsform der ersten Kalibrierung
522 und enthält eine Angabe für die Leckströmungsrate
532 durch ein Fluidpumpenelement an einen Elektromotor in Ansprechen auf den Hydraulikdruck
514 wie folgt. Tabelle 2
| Leitungsdruck (kPa) | Leckströmung (L/m) |
| 0 | 0 |
| 200 | 0,04 |
| 500 | 0,1 |
| 1000 | 0,2 |
| 1500 | 0,3 |
-
Die erste Kalibrierung 522 wird verwendet, um eine Pumpenleckströmungsrate 532 auf der Grundlage des Hydraulikdrucks 514 im Hydraulikkreis zu bestimmen. Bei einer Implementierung in der Praxis als Tabelle interpoliert der zweite Prozess 500' linear zwischen den Kalibrierungselementen der ersten Kalibrierung 522 in Tabelle 2, um eine Größe der Pumpenleckströmungsrate 532 auf der Grundlage des Hydraulikdrucks 514 über den Bereich des Hydraulikdrucks 514 im Hydraulikkreis zu bestimmen.
-
Bei einer Ausführungsform liegt die zweite Kalibrierung
542 in der Form einer eindimensionalen durchsuchbaren Kalibrierungstabelle vor, die in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, welche von einem Controller abgefragt werden kann, der den vorstehend erwähnten Prozess ausführt, wobei die Größen der Fluidtemperatur
512 und des Multiplikators
543, die in der Kalibrierungstrabelle enthalten sind, in einer Offline-Umgebung unter Verwendung eines repräsentativen Systems entwickelt wurden. Die zweite Kalibrierung
542 kann in der Form der durchsuchbaren Tabelle, eines Algorithmus oder einer anderen geeigneten von einer Maschine ausgeführten Implementierung einer Kalibrierung vorliegen. Tabelle 3 zeigt eine Ausführungsform der zweiten Kalibrierung
542 und enthält eine Angabe für eine relative Wärmeübertragung, d. h. einen Multiplikator
543, in Beziehung mit der Fluidtemperatur
512 wie folgt. Tabelle 3
| Temperatur (°C) | Multiplikator |
| –40 | 0,5 |
| –20 | 0,5 |
| 0 | 0,7 |
| 20 | 0,7 |
| 40 | 0,7 |
| 60 | 0,8 |
| 90 | 1,0 |
| 120 | 1,2 |
-
Bei einer Ausführungsform liegt die dritte Kalibrierung
544 in der Form einer zweidimensionalen durchsuchbaren Kalibrierungstabelle vor, die in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, welche von einem Controller abgefragt werden kann, der den vorstehend erwähnten Prozess ausführt, wobei die Größen für die Leckströmungsrate
532 und die Motordrehzahl
516, die in der Kalibrierungstabelle enthalten sind, in einer Offline-Umgebung unter Verwendung eines repräsentativen Systems entwickelt wurden. Die dritte Kalibrierung
544 kann in der Form der durchsuchbaren Tabelle, eines Algorithmus oder einer anderen geeigneten von einer Maschine ausgeführten Implementierung einer Kalibrierung vorliegen. Tabelle 4 zeigt eine Ausführungsform der dritten Kalibrierung
544 und enthält eine Angabe für einen Wärmeübertragungs-Rohkoeffizienten
545 in Beziehung zu der Leckströmungsrate
532 und der Motordrehzahl
516 wie folgt. Wie gezeigt ist der Wärmeübertragungs-Rohkoeffizient
545 ein Wärmeübertragungskoeffizient, der mit einer Biegung der Statorwicklung des Elektromotors verbunden ist. Tabelle 4
-
Bei einer Implementierung als Tabelle in der Praxis verwendet der zweite Prozess 500 eine lineare Interpolierung, um eine Größe des Wärmeübertragungs-Rohkoeffzienten 543 auf der Grundlage der Pumpenleckströmungsrate 532 und der Motordrehzahl 516, die in der Tabelle 4 gezeigt sind, zu bestimmen. Die in Tabelle 4 gezeigten Wärmeübertragungskoeffzienten können auf der Grundlage von Systemparametern bestimmt worden sein, die überwacht, geschätzt, vorhergesagt oder anderweitig bestimmt wurden. Die Wärmeübertragungskoeffzienten 535' können in einem Temperaturmodell verwendet werden, um eine Temperatur an einem oder mehreren der Knoten im Elektromotor zu bestimmen.
-
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dafür beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art betrachtet werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen enthalten wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
